đồ án môn vi mạch tương tự

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
BÀI TẬP LỚN MÔN VI MẠCH TƯƠNG TỰ
Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh
báo nhiêt độ, sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.
Lời nói đầu
Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn kỹ vi mạch tương tự, với
sự giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Vũ
Linh, chúng em đã hoàn thành xong đề tài: ‘’ Đề tài: Dùng các vi mạch
tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiêt độ, sử dụng cảm
biến nhiệt điện trở kim loại.
Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp nên việc thực hiện đề tài này
không thể tránh được thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ý của
thầy cô giáo.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường gặp trong đời sống hằng ngày
cũng như kỹ thuật và công nghiệp. Việc đo nhiệt độ cũng chính vì thế
là một yêu cầu thiết thực. Hiện nay cảm biến đo nhiệt độ là loại cảm biến
được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng như dân dụng.
Bài tập lớn này nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế
PHẦN II. TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO
1.1 Sơ đồ khối
1.2 Thiết kế tổng quan
- Khối cảm biến RTD: Sử dụng cảm biến Pt100
Cảm
biến
RTD
Khối
cảnh báo
Mạch
khuếch
đại

- Khối mạch đo: Sử dụng phương pháp nguồn dòng 1mA
- Khối cảnh báo: Sử dụng đèn led để cảnh báo.
1.3 Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ mạch:
R2
10k
R8
5k
+5V
U2
OPAMP
U1
OPAMP
R5
40K
U2(OP)
110.00
E+
S+
S-
E-
RT1
RTD-PT100
3
2
6
7 4
1
5
U3

741
R6
10k
R7
100k
99%
RV1
11160
3
2
1
411
U9
4156
+12V
-12V
+5V
D1
LED-RED
Thiết bị sử dụng loại RTD Pt100
Mạch tạo nguồn dòng tạo ra dòng điện không đổi 1mA.
Nhiệt độ thay đổi làm giá trị điện trở của RTD thay đổi,giá trị điện áp U
out
cũng thay đổi theo.
PHẦN II GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại:
2.1.1 Cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở kim loại:
Hình ảnh cảm biến nhiệt.
Cảm biến nhiệt điện trở kim loại gồm một dây dẫn bằng kim loai như: Platin,
Niken, Đồng quần trên một lõi cách điện .

2.1.2 Hoạt động và phương trình chuyển đổi của cảm biến nhiệt điện trở kim
loại:
Khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi, điện trở của cảm biến thay đổi theo phương
trình
R(T)=R
0
(1+AT+BT
2
+CT
3
)
Trong đó T đo bằng
0
C, R(T)là điện trở của cảm biến ở 0
0
C, A,B,C là các hằng số
và được xác định bằng cách đo điện trở của cảm biến tại các nhiệt độ đã biết trước.
Ở nhiệt độ thấp, phương trình chuyển đổi của cảm biến là tuyến tính
R(T)=R
0
(1+ αT)
Với αlà hệ số nhiệt của điện trở, tùy thuộc vào kim loại như ở bảng sau
Kim loại Platin Đồng Niken
α (/
0
C) 3,9.10
-3
4,3.10
-3
5,4.10

-3
Do tính chất của các kim loại dùng chế tạo cảm biến nhiệt điện trở kim loại có tính
chất lí hóa khác nhau nên tầm đo của cảm biến sử dụng các kim loại khác nhau
cũng khác nhau.
Cảm biến tầm đo Platin Đồng Niken
Tầm đo(
0
C) -200-1000 < 100 <300
Do bạch kim có độ bền vật lý cao và không bị oxy hóa nên cảm biến nhiệt điện trở
bạch kim là thông dụng nhất. Các cảm biến nhiệt điện trở dùng bạch kim thường
được chết tạo có điện trở R
0
là 100; 200; 500; 1000(Ω). Cảm biến nhiệt điện trở
kim loại
2.1.3 Mạch sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.
3
2
1
411
Vcc
R R
R
Ra
R1
R3
R2
R4
Uo
R
a

cảm biến.
R
a
= R
0
+ △R là điện trở của cảm biến.
R
0
là giá trị của điện trở ở nhiệt độ 0
o
C.
Chọn R
1
=R
3,
R
2
=R
4
.Điện áp ra U
o
được tính như sau:
V
o
= .( - ).V
CC
= - ( ).
2.2 Mạch tạo nguồn dòng.
Sơ đồ mạch
3

2
1
411
R1
10k
R2
5k
5V
Vref=1mA
2.3 Khối mạch đo.
Tạo ra điện áp phụ thuộc vào giá trị điện trở RTD
Sơ đồ mạch như sau:
R1
10k
R2
5k
+5V
U2
OPAMP
U1
OPAMP
R3
40K
U2(OP)
110.00
E+
S+
S-
E-
RT1

RTD-PT100
3
2
6
7 4
1
5
U3
741
R3
10k
R4
100k
99%
RV1
11160
3.6 Khối cảnh báo
Làm việc khi nhiệt độ vượt qua giá trị cảnh báo.
3
2
1
411
U4
4156
+12V
-12V
+5V
D1
LED-RED
Sử dụng mạch so sánh với điện áp cần so sánh là 5.09V

D là đèn cảnh báo
CHƯƠNG III TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ MẠCH ĐO.
3.1.1 Sơ đồ mạch.
R1
10k
R2
5k
+5V
U2
OPAMP
U1
OPAMP
R3
40K
U2(OP)
110.00
E+
S+
S-
E-
RT1
RTD-PT100
3
2
6
7 4
1
5
U3
741

R3
10k
R4
100k
99%
RV1
11160
Dải đo từ: t
o
C = t
min
÷ t
max =
0÷(100+10.n)
Với n=3 → t
o
C = 0 ÷ 130
o
C.
Từ trên sơ đồ trên ta có:
U
out
=- I
ref
.R
Pt100
(R
3
/RV1)
RV1 lấy bằng 10k

=-10
-3
*
R
Pt100
*(40000/10000)=-0,004*R
Pt100
Lựa chọn cảm biến nhiệt độ kim loại RTD Pt100.
Loại cảm biến này có dải đo nhiết độ
Khi nhiệt độ thay đổi,giá trị điện trở của RTD cũng thay đổi theo phương trình
R
RTD
= R
o
(1+t+t
2
+t
3
)
Các thông số RTD Pt100 như sau:
Ở 0
o
C điện trở R
o
=100Ω.
=3,94.10
-3
, =-5,8.10
-8
, =-4.10

-12
Khi nhiệt độ thay đổi từ 0÷510
o
C thì R
RTD
:
R
RTD 0
o
C
=100 Ω
R
RTD 110
o
C
= 100.(1+3,94.10
-3
.130 - 5,8.10
-8
.130
2
- 4.10
-12
.130
3
)
= 151.12Ω
Từ đây ta tính được điện áp ra U
out
ứng với giá trị R

RTD
:
U
out max
=- 0,004.151.12 =- 0.604V
U
out mim
=- 0.004.100 = -0.4 v
Vì điện áp ra rất nhỏ nên dùng thêm mạch khuếch đại điện áp
Khối mạch khuếch đại
U2(OP)
3
2
6
7 4
1
5
U3
741
R5
10k
R4
100k
U3(OP)
Hệ số khuếch đại K
u
= R
4/
R
5

= 100/10= 10
3.2 Nguồn dòng.
Sơ đồ mạch.
3
2
1
411
R1
10k
R2
5k
5V
Vref=1mA
Điện áp đầu vào 5V,khi đó dòng điện sinh ra sẽ là:
I
ref
= U
R2
/R
2
=5/5000=0,001 A = 1mA
Được đưa vào mạch đo.
3.3 Mạch cảnh báo.
Sơ đồ mạch:
3
2
1
411
U4
4156

+12V
-12V
+5V
D1
LED-RED
U3(OP)
Sử dụng mạch so sánh với giá trị đặt là 5.09V
Kết luận
Mạch còn sơ sài
Tính ổn định chưa cao
Còn có nhiều sai số
Do thời gian gấp gáp và vốn kiến thức còn hạn hẹp nên chúng em mong thầy
cô thông cảm !